CN103013578A - 一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；热回收装置包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口，辐射换热组件纵向固定设于压力壳体的中间，对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间，减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池位于压力壳体内的下部；所述气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接；本发明可有效的吸收气化后的粗合成气的显热，产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电或预热其他工质，整体能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的优点，有效地缩减了废热锅炉整体尺寸，且制造、运输和安装较为方便。

Description

一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置

技术领域

    本发明涉及煤气化技术的能源利用装置，特别是一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置。

背景技术

煤气化是洁净、高效利用煤炭的最主要途径之一，气化原料和氧化剂混合进入气化炉内，迅速发生反应，产生的高温合成气（约1400℃）经冷却、除尘，送至下一个车间进行有效利用。

煤气化技术中高温合成气的冷却方式主要有两种，一种为激冷流程，另一种为废锅流程。激冷流程是高温合成气与激冷水充分接触，使煤气降温冷却、熔渣固化。激冷流程不回收高温合成气中的显热，能源利用效率低。废锅流程中高温合成气依次进入辐射锅炉和预热锅炉进行换热降温，并进行初步除尘。它能最大限度的回收合成气中的显热，以产生高压蒸汽或预热其他工艺介质，这种方式可以回收相当于原料煤低位热量中15~18%的能量，使得热煤气效率可达到90~95%，提高了系统的能源利用效率。

在现有的气流床气化技术中，采用废热锅炉回收高温合成气的热量一般有两种方式：一是以Shell公司为代表的气流床粉煤加压气化技术，循环冷气返回气化炉高温合成气出口将气化炉合成气冷却至700～750℃，然后再进入对流废热锅炉换热副产中压蒸汽。另一种是以GE公司为代表的水煤浆气化工艺，高温合成气显热采用辐射锅炉+对流锅炉的方式回收，副产高压饱和蒸汽。但是，现有技术中的废热锅炉还存在结构复杂、使用寿命较短等问题，主要表现在：

（1）Shell粉煤气化技术采用1.3～1.5倍的循环冷气激冷高温合成气，增加了对流废热锅炉及其后续合成气除尘设备的尺寸，同时增加了设备的投资，合成气循环压缩机增加了气化装置的能耗；由于对流锅炉积灰，影响了对流锅炉的换热效果，需要加入比设计激冷气量更多的激冷气。

（2）GE水煤浆气化工艺中的合成气全显热回收系统由辐射废热锅炉和对流废热锅炉两个设备组成，两设备独立布置，设备投资大，占用空间大，同时系统运行的可靠性也由于设备的复杂而受到影响；同时辐射锅炉合成气温度缺乏调节手段，致使对流锅炉积灰堵塞。

发明内容

本发明为克服现有气化炉废热锅炉的缺陷和不足，提供了一种一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，将气化炉与辐射锅炉和对流锅炉结合为一个整体，达到充分回收高温合成气和熔渣所带显热，降低投资和节约能源，提高热效率的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；所述气化炉体包括气化炉体的压力壳体、耐火衬里或者水冷壁、位于顶部的喷嘴通道和位于底部的下渣口；所述热回收装置包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体的顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口；辐射换热组件纵向固定设于压力壳体的中间，与带热量的气体充分换热；对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间；减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池设置于压力壳体内的下部，渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排渣口；所述气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接，下渣口与合成气入口连通。

所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。

所述辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部、辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。

所述辐射屏由若干个立管排形成，所有立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到压力壳体外。

所述对流换热组件包括对流换热水冷壁、蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次分布，对流换热水冷壁由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，蒸发器、过热器和省煤器位于圆筒壁的中间。

所述对流换热水冷壁还包括对流换热水冷壁上集箱、对流换热水冷壁下集箱、对流换热水冷壁进水管、对流换热水冷壁引出管，对流换热水冷壁的上端与对流换热水冷壁连通，对流换热水冷壁的下端与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁进水管与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁引出管与对流换热水冷壁上集箱连通；对流换热水冷壁进水管和对流换热水冷壁引出管均延伸至压力壳体外。

所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。

所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通；形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至压力壳体外。

所述减温器组件包括减温水进水管、减温水集箱和多个雾化喷嘴，雾化喷嘴以热回收装置的中心为圆心按圆周均匀分布，喷头向下布置；雾化喷嘴与减温水集箱连通，减温水进水总管与减温水集箱连通。

所述渣池处于减温器组件的下端，渣池的上端与对流换热水冷壁下端连接。

所述气化炉体为气流床式气化炉，包括单喷嘴和多喷嘴气化炉、煤浆和粉煤气化炉、水冷壁和耐火衬里气化炉等各种形式的气化炉。

所述一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置的工作原理是：

气化原料（水煤浆或者干煤粉）和氧化剂混合进入气化炉体中，迅速发生气化反应，生成高温高压的粗合成气（温度约为1400℃）；该高温高压的合成气熔融渣（温度约1400℃）出气化炉后，通过窄长的合成气入口进入热回收装置，向下以较高的气流速度进入通过辐射换热腔，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温；

合成气及熔融渣进入辐射换热腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件，由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，灰渣可随水排入锁渣罐中，在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行；从辐射换热组件下来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结；凝结后，合成气进入对流换热组件依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。

该热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。辐射换热屏在辐射水换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提供的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，可有效吸收气化后的粗合成气显热，产生高压蒸汽或中压蒸汽用于发电或预热其他工质，整体能源利用率大大提高，具有能量回收利用率高的优点。

（2）本发明提供的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其热回收装置采用双层水冷壁结构设计并设置辐射换热屏和对流换热面，有效地缩减了废热锅炉整体尺寸，制造、运输和安装较为方便。

（3）本发明提供的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其热回收装置带有调节手段，在对流换热组件底部布置雾化喷水减温装置，喷水量可根据进入对流换热面组件的烟气的温度进行控制，使进入对流换热面的高温煤气的温度恒定，从而消除对流换热面的积灰问题。

附图说明

图1为本发明的剖视示意图；

图2为本发明图1中的A-A截面剖视示意图；

图3为本发明图1中的B-B截面剖视示意图；

图4为本发明图1中的Ⅰ部的局部示意图。

其中，附图标记为：1气化炉体，2热回收装置，3气化炉的耐火衬里或水冷壁，4喷嘴通道，5下渣口，6气体炉体的压力壳体，7合成气入口，8法兰，9合成气入口的耐火衬里或水冷壁，10辐射换热组件，10-1辐射水冷壁，10-2辐射屏，10-4对流换热水冷壁，11对流换热组件，11-1蒸发器，11-2过热器，11-3省煤器，12热回收装置的压力壳体，13减温器组件，13-1雾化喷嘴，14渣池，16下渣口。

具体实施方式

如图1-4所示，一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，包括气化炉体1和热回收装置2，所述气化炉体1位于热回收装置2上方，由气化炉体的压力壳体6、耐火衬里（或水冷壁）3、下渣口5和喷嘴通道4组成。所述气化炉为气流床气化炉，包括单喷嘴和多喷嘴气化炉、煤浆和粉煤气化炉、水冷壁和耐火衬里气化炉等各种形式的气化炉（图1以单喷嘴耐火衬里结构的气流床气化炉体为例）。

所述热回收装置2为辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置，包括合成气入口7、辐射换热组件10、渣池14、减温器组件13、对流换热组件11、压力壳体12。该热回收装置2为束状，辐射换热部分10在内层，对流换热部分11在外层，渣池14位于热回收装置2底部。

所述气化炉体1和热回收装置2通过法兰8连接，两装置间由一窄长的通道连通，通道内壁为耐火衬里9。

所述热回收装置2为一种束状混合式热回收装置，压力壳体12侧壁的上端设有合成气出口17，压力壳体12的上封头上设置有合成气入口通道7。

所述辐射换热组件10包括辐射水冷壁10-1和辐射屏10-2，辐射水冷壁10-1由辐多个平行设置的立管围成圆柱形的空腔形成，相邻的两个接管之间通过焊接连接。辐射屏10-2位于辐射换热组件10围成的空腔内。

所述对流换热组件11位于辐射换热组件10外层，包括对流换热水冷壁11-4、蒸发器11-1、过热器11-2和省煤器11-3组成。

所述蒸发器11-1、过热器11-2和省煤器11-3由三组螺旋盘管组成，螺旋盘管外层为对流换热水冷壁11-4，螺旋盘管内层为辐射水冷壁10-1。每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，组与组之间错列布置。蒸发器11-1、过热器11-2和省煤器11-3依次布置在辐射水冷壁10-1和对流换热水冷壁11-4之间的环形空间中。

所述减温器组件13位于对流换热组件11下部，由多个雾化喷嘴13-1按照圆周均匀分布组成。

所述的渣池14处于减温器组件13的底部，渣池14上端与对流换热水冷壁11-4下端连接，渣池14下端与压力壳体12的下端连接形成排渣口16。

所述一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置的工作原理是：

气化原料（水煤浆或者干煤粉）和氧化剂混合进入气化炉体中，迅速发生气化反应，生成高温高压的粗合成气（温度约为1400℃）；该高温高压的合成气熔融渣（温度约1400℃）出气化炉后，通过窄长的合成气入口进入热回收装置，向下以较高的气流速度进入通过辐射换热腔，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温；

合成气及熔融渣进入辐射换热腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件，由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣，灰渣可随水排入锁渣罐中，在渣池附近设置吹扫装置，进行防结渣沉淀扰动，保证排渣系统的可靠稳定运行；从辐射换热组件下来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结；凝结后，合成气进入对流换热组件依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。

该热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。辐射换热屏在辐射水换热腔的中下部，它的存在增大了辐射换热面，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好。

Claims (12)

1.一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：包括气化炉体和热回收装置，气化炉体设置于热回收装置上方；所述气化炉体包括气化炉体的压力壳体、耐火衬里或者水冷壁、位于顶部的喷嘴通道和位于底部的下渣口；所述热回收装置包括压力壳体、合成气入口、辐射换热组件、减温器组件、对流换热组件、渣池、合成气出口，合成气入口位于压力壳体的顶部，压力壳体侧壁的上端设有合成气出口；辐射换热组件纵向固定设于压力壳体的中间，与带热量的气体充分换热；对流换热组件设于辐射换热组件与压力壳体之间；减温器组件固定设置于对流换热组件的下方；渣池设置于压力壳体内的下部，渣池的底端与压力壳体的底端共同形成排渣口；所述气化炉体的下渣口与热回收装置顶部通过法兰连接，下渣口与合成气入口连通。

2.根据权利要求1所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述合成气入口为一窄长通道，该合成气入口的内壁为耐火衬里。

3.根据权利要求1所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，圆筒壁的中间为辐射换热腔；辐射换热组件还包括辐射水冷壁上集箱、辐射水冷壁下集箱、辐射水冷壁进水管、辐射水冷壁引出管和辐射水冷壁受热面，辐射水冷壁上集箱与每个立管的上端连通，辐射水冷壁下集箱与每个立管的下端连通，辐射水冷壁进水管的一端与压力壳体固接并设在压力壳体的外部、辐射水冷壁进水管的另一端与辐射水冷壁上集箱连通，辐射水冷壁引出管的一端与压力壳体的上封头固接、另一端与辐射水冷壁上集箱连通。

4.根据权利要求3所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述辐射屏由若干个立管排形成，所有立管排以热回收装置的中心向外发散分布于辐射换热腔内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻两个立管紧贴设置；辐射换热组件还包括辐射屏上集箱、辐射屏下集箱、辐射屏进水管、辐射屏引出管，辐射屏受热面的下端与辐射屏下集箱连通，辐射屏受热面的上端与辐射屏上集箱连通，辐射屏进水管和辐射屏引出管分别与辐射屏下集箱和辐射屏上集箱连通，并引出到压力壳体外。

5.根据权利要求1所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述对流换热组件包括对流换热水冷壁、蒸发器、过热器和省煤器，蒸发器、过热器和省煤器从上往下依次分布，对流换热水冷壁由若干个纵向平行设置的立管围成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接，蒸发器、过热器和省煤器位于圆筒壁的中间。

6.根据权利要求5所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述对流换热水冷壁还包括对流换热水冷壁上集箱、对流换热水冷壁下集箱、对流换热水冷壁进水管、对流换热水冷壁引出管，对流换热水冷壁的上端与对流换热水冷壁连通，对流换热水冷壁的下端与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁进水管与对流换热水冷壁下集箱连通，对流换热水冷壁引出管与对流换热水冷壁上集箱连通；对流换热水冷壁进水管和对流换热水冷壁引出管均延伸至压力壳体外。

7.根据权利要求6所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述蒸发器、过热器和省煤器分别由一组螺旋盘管形成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。

8.根据权利要求7所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述蒸发器还包括蒸发器上集箱、蒸发器下集箱、蒸发器进水管、蒸发器引出管，形成蒸发器的螺旋盘管的上端与蒸发器上集箱连通，形成蒸发器的螺旋盘管的下端与蒸发器下集箱连通，蒸发器进水管与蒸发器下集箱连通，蒸发器引出管与蒸发器上集箱连通；所述过热器还包括过热器上集箱、过热器下集箱、过热器进水管、过热器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与过热器上集箱连通，形成过热器的螺旋盘管的下端与过热器下集箱连通，过热器进水管与过热器下集箱连通，过热器引出管与过热器上集箱连通；所述省煤器还包括省煤器上集箱、省煤器下集箱、省煤器进水管、省煤器引出管，形成过热器的螺旋盘管的上端与省煤器上集箱连通；形成省煤器的螺旋盘管的下端与省煤器下集箱连通，省煤器进水管与省煤器下集箱连通，省煤器引出管与省煤器上集箱连通；蒸发器进水管、蒸发器引出管、过热器进水管、过热器引出管、省煤器进水管、省煤器引出管均延伸至压力壳体外。

9.根据权利要求1所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述减温器组件包括减温水进水管、减温水集箱和多个雾化喷嘴，雾化喷嘴以热回收装置的中心为圆心按圆周均匀分布，喷头向下布置；雾化喷嘴与减温水集箱连通，减温水进水总管与减温水集箱连通。

10.根据权利要求1所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述渣池处于减温器组件的下端，渣池的上端与对流换热水冷壁下端连接。

11.根据权利要求1所述的一体化回转状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于：所述气化炉为气流床气化炉，该气流床气化炉是单喷嘴气化炉，或者多喷嘴气化炉，或者煤浆气化炉，或者粉煤气化炉，或者水冷壁气化炉，或者耐火衬里气化炉。

12.根据权利要求8-10任意一项所述的一体化束状辐射锅炉预热锅炉混合式能源利用装置，其特征在于具体工作原理是：当高温的合成气及熔融渣出气化炉后，通过本装置顶部的窄长的合成气入口进入辐射换热组件，在辐射换热腔中，对高温合成气流和熔融渣进行辐射水冷降温；高温的合成气及熔融渣进入辐射换热腔中，以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射换热组件，由于流通面积扩大，熔融渣在气流作用下向四周喷溅，从离开合成气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性，在重力作用下落入辐射换热组件底部的渣池中，在渣池中与水混合急剧冷却，形成高硬度的固态灰渣；从辐射换热组件下来的合成气中夹带部分未凝结的飞灰，在减温器组件处进行凝结；凝结后，合成气进入对流换热组件依次流过蒸发器、过热器、省煤器并与里面的水进行换热冷却。

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